• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제26권7호
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• pp.1259-1266
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• 2016

Bioethanol was produced from Kappaphycus alvarezii seaweed biomass using separate hydrolysis and fermentation (SHF). Pretreatment was evaluated for 60 min at 121℃ using 12% (w/v) biomass slurry with 364 mM H₂SO₄. Enzymatic saccharification was then carried out at 45℃ for 48 h using Celluclast 1.5 L. Ethanol fermentation with 12% (w/v) K. alvarezii hydrolyzate was performed using the yeasts Saccharomyces cerevisiae KCTC1126, Kluyveromyces marxianus KCTC7150, and Candida lusitaniae ATCC42720 with or without prior adaptation to high concentrations of galactose. When non-adapted S. cerevisiae, K. marxianus, and C. lusitaniae were used, 11.5 g/l, 6.7 g/l, and 6.0 g/l of ethanol were produced, respectively. When adapted S. cerevisiae, K. marxianus, and C. lusitaniae were used, 15.8 g/l, 11.6 g/l, and 13.4 g/l of ethanol were obtained, respectively. The highest ethanol concentration was 15.8 g/l, with Y_EtOH = 0.43 and Y_T% = 84.3%, which was obtained using adapted S. cerevisiae.

• Journal of Microbiology
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• 제45권6호
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• pp.485-491
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• 2007

The effects of biological pretreatment on the Japanese red pine Pinus densiflora, was evaluated after exposure to three white rot fungi Ceriporia lacerata, Stereum hirsutum, and Polyporus brumalis. Change in chemical composition, structural modification, and their susceptibility to enzymatic saccharification in the degraded wood were analyzed. Of the three white rot fungi tested, S. hirsutum selectively degraded the lignin of this sortwood rather than the holocellulose component. After eight weeks of pretreatment with S. hirsutum, total weight loss was 10.7%, while lignin loss was the highest at 14.52% among the tested samples. However, holocellulose loss was lower at 7.81 % compared to those of C. lacerata and P. brumalis. Extracelluar enzymes from S. hirsutum showed higher activity of ligninase and lower activity of cellulase than those from other white rot fungi. Thus, total weight loss and changes in chemical composition of the Japanese red pine was well correlated with the enzyme activities related with lignin- and cellulose degradation in these fungi. Based on the data obtained from analysis of physical characterization of degraded wood by X-ray Diffractometry (XRD) and pore size distribution, S. hirsutum was considered as an effective potential fungus for biological pretreatment. In particular, the increase of available pore size of over 120 nm in pretreated wood powder with S. hirsutum made enzymes accessible for further enzymatic saccharification. When Japanese red pine chips treated with S. hirsutum were enzymatically saccharified using commercial enzymes (Cellulclast 1.5 L and Novozyme 188), sugar yield was greatly increased (21.01 %) compared to non-pre treated control samples, indicating that white rot fungus S. hirsutum provides an effective process in increasing sugar yield from woody biomass.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.179.1-179.1
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• 2011

Pretreatment of cellulosic biomass is necessary before enzymatic saccharification and fermentation. The objective of this study was to evaluate the effect of combined aqueous ammonia-dilute sulfuric acid treatment on cellulosic biomass. Miscanthus was pretreated using aqueous ammonia and dilute sulfuric acid solution under high temperature and pressure conditions to be converted into bioethanol. Aqueous ammonia treatment was performed with 15 %(w/w) ammonia solution at $150^{\circ}C$ of reaction temperature and 20 minutes of reaction time. And then, dilute sulfuric acid treatment was performed with 1.0 %(w/w) sulfuric acid solution at $150^{\circ}C$ of reaction temperature and 10 minutes of reaction time. The compositional variations of this combined aqueous ammonia-dilute sulfuric acid treatment resulted in 68.0 % of cellulose recovery and 95.7 % of hemicellulose, 81.3 % of lignin, 89.1 % of ash removal respectively. The enzymatic digestibility of 90.5 % was recorded in the combined pretreated Miscanthus sample and it was 14.7 times higher than the untreated sample. The ethanol yield in the Simultaneous Saccharification and Fermentation was 90.4 % of maximum theoretical yield based on cellulose content of the combined pretreated sample and it was about 98 % compared to the ${\alpha}$-cellulose ethanol yield.

• KSBB Journal
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• 제4권3호
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• pp.215-220
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• 1989

불용성 기질인 섬유소의 고효율 효소당화에 적합한 저에너지 소모형 분쇄마찰매체 함유 효소반응기의 개발을 목표로 수평형 회전축에 부착된 paddle에 의해 반응조 내부의 섬유소-분쇄마찰매체-효소의 혼합액을 교반 마찰시키는 horizontal paddle type bioreactor를 제작하여 효용성과 당화조건을 검토하였다. 여러 실험조건하에서 당생성효율과 분쇄마찰매체의 교반시 소모되는 에너지를 다른 두 형태의 bioreactor와 비교 분석함으로서 공업적 활용을 위한 기술적, 경제적 타당성을 비교평가하였다. 표준당화조건은 3mm의 분쇄마찰매체를 500g / L로 첨가하여 200rpm에서 교반할 때였으며, 특히 HPTB는 고농도 기질의 당화에 적합한 bioreactor로 판단된다. 표준당화조건에서 분쇄마찰매체의 교반시 소모되는 동력은 1.7watch/g였으며, 고농도 기질을 이용할 경우 더욱 낮은 동력소모로 당을 생산할 수 있었다. 뿐만 아니라 scale up이 용이할 것으로 예상되는 등 섬유소의 고농도 당화에 적합한 고효율 분쇄마찰매체함유 효소반응기로 판단된다.

• 공업화학
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• 제30권5호
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• pp.627-632
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• 2019

본 연구에서는 호기성 혼합 균주의 기질로서 Laminaria japonica를 사용하여 수용성 당과 환원당을 생산하였다. Laminaria japonica는 대표적인 갈조류 바이오매스로 높은 생장율, 저렴한 가격 및 탄수화물 함량이 높은 특성을 가지고 있다. 본 실험에 적용된 당화공정은 호기성 혼합 균주를 배양 및 순응시켜서 안정화하였다. 수용성 당과 환원당의 생산이 각기 다른 수리학적 체류시간에서 관찰되었으며, 당화 효율은 수리학적 체류시간을 낮출수록 증가하였다. 또한, 연속식 공정을 이용하여 1 day의 수리학적 체류시간 조건에서 최대 당화 효율을 나타내었으며, 17.96 g/L/day의 가용화된 탄수화물과 4.30 g/L/day의 환원당을 수득하였다. 그러나 수리학적 체류시간을 0.5 day로 낮추었을 때 당화수율이 급격히 감소하는 현상을 확인할 수 있었다. 실험결과를 통하여 Laminaria japonica가 바이오리파이너리 공정을 통하여 유용물질을 생산하기에 매우 적합한 바이오매스임이 확인되었다. 결론적으로 혼합균주를 이용한 연속 생물학적 전처리 시스템이 바이오리파이너리 기술에 성공적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국잡초학회지
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• 제32권2호
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• pp.85-97
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• 2012

본 연구에서는 담수녹조류인 그물말(Hydrodictyon reticulatum, HR)을 산업바이오 자원으로서 활용하는 방안을 강구하고자 일차적으로 효소당화의 용이성을 검토하였다. HR에 대하여 효소당화를 2% 고형분 함량에서 동일조건으로 수행했을 때, 다른 종류의 바이오매스(Spirulina, Chlorella, Scenedesmus, Cladophora, Corn stover)보다 glucose 수득율이 가장 높았다. HR을 분말화하지 않아도 최적조건의 효소처리량에서 당화가 모두 이루어지며, HR 당화용액의 citrate buffer strength가 0.1mM까지 낮아도 당수득율에 큰 지장이 없었다. 또한 HR을 고온의 전처리없이 실온상태에서 바로 당화시켜도 $120^{\circ}C$ 처리에 비해 10% 미만의 당화율 감소만 나타내었다. 발효균주의 일반적인 생장적온인 $37^{\circ}C$ 또는 pH 6.5에서도 당화가 정상적으로 잘 일어나 당화/발효를 동시에 진행시킬 수 있는 바이오매스로의 특징을 보였다. 효소량을 기준량의 1/10정도 줄여도 최적조건의 70~80%에 해당하는 glucose 수득율을 나타내었다. 그리고 본 실험조건에서 HR의 고형분 함량 10%까지 당수득율이 떨어지지 않았고 15%이상되어야 감소하기 시작하여 고농도 당용액 생산에도 좋은 특성을 나타내었다. 이들의 제반 결과는 HR이 당화가 매우 쉽게 일어나는 특징을 가진 조류 바이오매스임을 나타내준다. 이러한 장점뿐만 아니라 수집하기가 매우 용이한 사상조류(flilamentous algae)이기 때문에 다른 종류의 조류 바이오매스에 비해 바이오화학제품 생산을 위한 원료로서 향후 이용가치가 매우 높을 것으로 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
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• pp.529-532
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• 2006

Recently the production of ethanol from lignocecllulosics has received much attention due to immense potential for conversion of renewable biometerials into biofuels and chemicals. Fomitopsis palustris causes a typycal brown-rot and is unusual in that it rapidly depolymerize the cellulose in wood without removing the surrounding lignin that normally prevents microbial attack. This study demonstrated that the brown rot basidiomycete F. palustris was able to degrade crystalline cellulose. This fungus could also produce the three major cellulases (BGL, EXG and EG) when the cells were grown on 2.0% Avicel. The fungus was able to degrade both the crystalline and amorphous forms of cellulose from woody biomasses. Moreover, we found that this fungus has the processive EG like CBH which are able to degrade the crystalline region of cellulose. To establish the cellulase system in relation with degradation of woody biomass, we performed that purification, characterization and molecular cloning of a BGL, EGs and GLA from F. palustris grown on Avicel.

• 에너지공학
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• 제23권3호
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• pp.241-246
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• 2014

본 연구는 바이오에탄올을 생산하고자 대표적인 임업부산물인 낙엽을 바이오매스로 하여 전처리 과정을 거친 후 효소가수분해 공정을 적용하여 당화반응 특성을 비교 하였다. 전처리 방법은 화학적으로 산(HCl), 알칼리(NaOH, $NH_3$)처리하였고 각각 침지법, 교반법, 고압멸균법을 적용하여 실험하였다. 처리 효율은 효소가수분해 진행 후 포도당 생산량으로 확인하였다. 실험결과, 알칼리 전처리에서는 산 전처리 대비 18% 높은 글루코즈 생산량을 보여 바이오에탄올 생산을 위한 임업폐기물 화학적 전처리 방법으로는 알칼리처리가 효율이 더 높은 것으로 확인되었다. 또한 화학적 처리방법 중 각 방법을 적용하여 비교한 결과, 모든 방법이 알칼리-수산화나트륨 처리하였을 때 가장 높게 나왔다. 본 연구의 결과를 바탕으로 목질계 바이오매스 중 하나인 낙엽을 기질로 전처리 및 효소가수분해 공정의 가능성을 확인하였고 차후 바이오에탄올 생산에도 영향을 미칠 것으로 예상된다.

• 신재생에너지
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• 제3권1호
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• pp.38-45
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• 2007

To characterize thermo-chemical feature of sugar conversion of woody biomass, poplar wood ($Populus\;alba{\times}glandulosa$) powder was treated with supercritical water system. Supercritical water treatment (SCWT) was performed for 60 seconds at different temperatures (subcritical zone 350; supercritical zone $300,\;400,\;425^{\circ}C$) under two pressures $230{\pm}10atm$ as well as $330{\pm}10atm$, respectively, using flow type system. After separation of solid residues from SCWT products, the monomeric sugars in aqueous part converted from poplar wood powder were quantitatively determined by high performance anionic exchange chromatography [HPAEC] equipped with PAD detector and Carbo Pac PA10 column. As the temperature treated increased, the degradation of poplar wood powder was enhanced and ca 83% of woody biomass was dissolved into the water at $425^{\circ}C$. However, the pressure didn't help the degradation of biomass components. At subcritical temperature range, xylose was first formed by degradation of xylan, which is main hemicellulose component in hardwood species, while cellulose degradation started at the transition zone between sub and supercritical conditions and was remarkably accelerated at the supercritical temperature. In the supercritical water system the maximum yield of monomeric sugars amounts to ca. 7.3% based on oven dried wood weight at $425^{\circ}C$.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권4호
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• pp.470-474
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• 2011

볏짚은 한국에서 매년 대량 생산되는 주요 작물이다. 침지공정을 이용한 목질계 바이오매스의 전처리는 대기압과 $60^{\circ}C$의 온도에서 온화한 조건에서 수행되었다. 본 연구에서는 전처리된 바이오매스의 효소당화 조건을 찾아보았다. 볏짚의 경우에 이전의 목질계 바이오매스와 비교하여 당화시간이 다른 것들보다 짧은 것으로 나타났다. SAA(Soaking in Aqueous Ammonia) 전처리 볏짚의 당화는 40~48시간 사이에 종료가 되었고 $50^{\circ}C$에서 높은 글루코스 전환율을 나타냈다. 글루코스 전환율은 효소사용량이 각각 65 FPU/ml과 32 CbU/ml일 때 높았다. 기질 농도가 5%(w/v)일 때 전환율은 72시간 동안 당화 후에 83.8%로 나타났다. SAA 전처리 볏짚의 동시당화발효(SSF; Simultaneous Saccharification and Fermentation) 실험에서는 $40^{\circ}C$에서 높은 에탄올 생산수율을 보였다. 그때의 수율은 48시간에서 33.05%로 나타났다.